Opgaver til T1.4

Opgaverne hører til siden T1.4 Røg, støv og miljø. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave T1.4.1: De vigtigste ord

1. Hvad står bogstaverne PM for?
2. Hvad er PM₁₀?
3. Hvad er PM_2,5?
4. En partikel er 1 µm stor. Hører den med til PM₁₀, til PM_2,5 eller til begge?
5. Hvad fortæller en koncentration i µg/m³?
6. Hvor stor er EU’s grænse for PM₁₀?

TipHjælp 1

Læs afsnittene Partikler i luften og Nytårsnat i tal på siden T1.4.

TipHjælp 2

Tallet efter PM er en størrelse i mikrometer. Enheden µg/m³ er en masse delt med et volumen.

NoteFacit

1. De engelske ord particulate matter. Det betyder stof i form af partikler.
2. Alle partikler i luften, som er mindre end 10 µm.
3. De partikler, som er mindre end 2,5 µm.
4. Til begge. Den er mindre end 2,5 µm, og så er den også mindre end 10 µm.
5. Hvor mange mikrogram partikler der er i én kubikmeter luft.
6. 50 µg/m³ som gennemsnit over et døgn.

Opgave T1.4.2: Hvad er der i røgen?

Her er seks stoffer fra røgen efter fyrværkeri: aluminiumoxid, carbondioxid, kaliumsulfid, partikler med barium, sod og svovldioxid.

1. Hvilke to af stofferne er gasser?
2. Hvor kommer hvert af de seks stoffer fra? Vælg mellem krudtet, farvesaltene, metalpulveret og hylstrene.
3. Hvilken af de to gasser irriterer luftvejene og er med til at give syreregn?
4. Barium og kobber fra farvesaltene belaster miljøet. Hvilken farve giver hvert af de to metaller, og hvorfor er de et problem?

TipHjælp 1

Brug tabellen under afsnittet Det består røgen af på siden T1.4. Til spørgsmål c og d: Læs afsnittet Metaller, perchlorat og svovldioxid.

TipHjælp 2

Tabellen har en række for hver af de fire kilder. Kaliumsulfid står i rækken med krudtet, og det er et fast stof.

Til spørgsmål d kan du begynde dine sætninger sådan:

• Barium giver den … farve. Det er et problem, fordi …
• Kobber giver den … farve. Det er et problem, fordi …

NoteFacit

1. Carbondioxid og svovldioxid. De fire andre er faste stoffer, som svæver i luften som partikler.
2. Fra krudtet: carbondioxid, kaliumsulfid og svovldioxid. Fra farvesaltene: partikler med barium. Fra metalpulveret: aluminiumoxid. Fra hylstrene: sod.
3. Svovldioxid
4. Barium giver den grønne farve. Det er et problem, fordi bariumforbindelser, der kan opløses i vand, er giftige. Kobber giver den blå farve. Det er et problem, fordi kobberioner er giftige for fisk og alger.

Opgave T1.4.3: Mikrometer og mikrogram

1 µm er en tusindedel af en millimeter, og 1 µg er 10⁻⁶ g.

1. Hvor mange mikrometer går der på 1 mm?
2. Et hår er 70 µm tykt. Skriv tykkelsen i millimeter.
3. Hvor mange partikler på 2,5 µm skal ligge på række for at nå tværs over håret?
4. Skriv 2,0 g i mikrogram.
5. I eksemplet på siden T1.4 er der 500 µg partikler i 1 m³ luft. Skriv massen i gram.

TipHjælp 1

Fra mikrometer til millimeter divideres der med 1000. Fra gram til mikrogram ganges der med 10⁶, og fra mikrogram til gram ganges der med 10⁻⁶.

TipHjælp 2

Se figuren med håret og partiklerne.

Til spørgsmål c: Divider hårets tykkelse med partiklens størrelse.

Til spørgsmål e: 500 µg = 500 · 10⁻⁶ g. Flyt kommaet to pladser, så der kun står ét ciffer foran.

NoteFacit

1. 1000 µm

2. 70 µm = 0,070 mm

3. Antallet af partikler er

\[ \text{antal partikler} = \frac{70\ \text{µm}}{2{,}5\ \text{µm}} = 28 \]

4. 2,0 g = 2,0 · 10⁶ µg

5. 500 µg = 500 · 10⁻⁶ g = 5,0 · 10⁻⁴ g. Det er et halvt milligram.

Opgave T1.4.4: Nytårsnat på grafen

Figuren er den samme som på siden T1.4. Kurven er et tegnet eksempel og ikke en måling.

1. Hvor meget PM₁₀ er der i luften kl. 18?
2. Hvad er klokken, når der er flest partikler i luften?
3. Hvor høj er koncentrationen på toppen?
4. Hvor mange gange højere er koncentrationen på toppen end kl. 18?
5. Hvad er klokken, når koncentrationen er nede på EU’s grænse igen?
6. Toppen ligger langt over EU’s grænse. Hvorfor kan man alligevel ikke sammenligne de to tal direkte?

TipHjælp 1

Find klokkeslættet på den vandrette akse. Gå lodret op til kurven og derfra vandret ud til den lodrette akse. EU’s grænse er den vandrette, stiplede linje.

TipHjælp 2

Kl. 18 ligger kurven midt mellem 0 og den stiplede linje ved 50.

Til spørgsmål d: Divider tallet fra toppen med tallet fra kl. 18.

Til spørgsmål f: Læs i figuren, hvad EU’s grænse er et gennemsnit over.

NoteFacit

1. Omkring 25 µg/m³

2. Omkring kl. 00.30, altså en halv time efter midnat.

3. Lidt over 500 µg/m³

4. Omkring 20 gange så høj:

\[ \text{forhold} = \frac{500\ \dfrac{\text{µg}}{\mathrm{m^3}}}{25\ \dfrac{\text{µg}}{\mathrm{m^3}}} = 20 \]

5. Omkring kl. 06

6. EU’s grænse gælder gennemsnittet over et helt døgn. Toppen varer kun kort tid, og i de fleste af døgnets timer er tallet meget lavere. Man skal regne døgnets gennemsnit ud, før man kan sammenligne med grænsen.

Opgave T1.4.5: Røg over havnen

En by fyrer nytårsaften et stort fyrværkeri af på havnen. Tallene er et eksempel.

• Satserne har en samlet masse på 15 kg.
• Vi regner med, at 40 % af massen bliver til partikler.
• Røgen fordeler sig i luften over havnen. Området er 500 m langt og 400 m bredt, og røgen når op til 50 meters højde.

1. Beregn massen af partikler i mikrogram.
2. Beregn luftens volumen.
3. Beregn koncentrationen af partikler i µg/m³.
4. Hvor mange gange større er koncentrationen end EU’s grænse på 50 µg/m³?
5. Vinden blander røgen op med ren luft. Hvor mange kubikmeter luft skal røgen fordeles i, før koncentrationen er nede på 50 µg/m³?

TipHjælp 1

Opgaven ligner eksemplet fra kilogram til µg/m³ på siden T1.4. Regn i de samme tre trin.

TipHjælp 2

Massen af partikler er 0,40 · 15 kg. 1 kg er 10³ g, og 1 g er 10⁶ µg.

Til spørgsmål e: Den samme masse partikler skal fordeles i mere luft. Divider massen af partikler med den koncentration, røgen skal ned på.

NoteFacit

1. Massen af partikler er

\[ m = 0{,}40 \cdot 15\ \mathrm{kg} = 6{,}0\ \mathrm{kg} = 6{,}0 \cdot 10^{3}\ \mathrm{g} = 6{,}0 \cdot 10^{9}\ \text{µg} \]

2. Luftens volumen er

\[ V = 500\ \mathrm{m} \cdot 400\ \mathrm{m} \cdot 50\ \mathrm{m} = 1{,}0 \cdot 10^{7}\ \mathrm{m^3} \]

3. Koncentrationen er

\[ \frac{m}{V} = \frac{6{,}0 \cdot 10^{9}\ \text{µg}}{1{,}0 \cdot 10^{7}\ \mathrm{m^3}} = 600\ \dfrac{\text{µg}}{\mathrm{m^3}} \]

4. Koncentrationen er 12 gange så stor som EU’s grænse:

\[ \text{forhold} = \frac{600\ \dfrac{\text{µg}}{\mathrm{m^3}}}{50\ \dfrac{\text{µg}}{\mathrm{m^3}}} = 12 \]

5. Massen af partikler er den samme som før. Volumenet findes ved at dividere massen med koncentrationen.

\[ V = \frac{6{,}0 \cdot 10^{9}\ \text{µg}}{50\ \dfrac{\text{µg}}{\mathrm{m^3}}} = 1{,}2 \cdot 10^{8}\ \mathrm{m^3} \]

Røgen skal fordeles i 1,2 · 10⁸ m³ luft. Det er 12 gange så meget luft, som der er over havnen.

Opgave T1.4.6: Perchlorat

Mange farvede stjerner har kaliumperchlorat, KClO₄, som oxidationsmiddel. Reaktionen med carbon kan skrives sådan:

KClO₄(s) + 2 C(s) → KCl(s) + 2 CO₂(g)

1. Find oxidationstallet for chlor i perchlorationen, ClO₄⁻.
2. Find oxidationstallet for chlor i chloridionen, Cl⁻.
3. Bliver chlor oxideret eller reduceret i reaktionen?
4. Find oxidationstallet for carbon før og efter reaktionen.
5. Vis, at den samlede stigning i oxidationstal er lige så stor som det samlede fald.
6. Kaliumchlorid er ufarligt. Hvorfor belaster perchlorat fra fyrværkeri alligevel miljøet?

TipHjælp 1

Brug reglerne fra afsnit 8.3 i bogen til C-niveau. Oxygen har −II i forbindelser. I en ion er summen af oxidationstallene lig med ionens ladning.

TipHjælp 2

I ClO₄⁻ giver de fire oxygenatomer 4 · (−2) = −8. Summen skal være −1.

Til spørgsmål e: Gang med antallet af atomer. Der er 2 carbonatomer og 1 chloratom.

Til spørgsmål f: Læs teksten under reaktionsskemaet på siden T1.4.

NoteFacit

1. Chlor har +VII. De fire oxygenatomer giver 4 · (−2) = −8. Summen skal være −1, så chlor har −1 + 8 = +7.
2. Chlor har −I. En ion med ét atom har samme oxidationstal som ladningen.
3. Reduceret. Oxidationstallet falder fra +VII til −I. Det passer med, at kaliumperchlorat er oxidationsmidlet.
4. Carbon har 0 før reaktionen og +IV i CO₂ efter reaktionen.
5. Stigning: 2 carbonatomer stiger 4 hver, i alt 8. Fald: 1 chloratom falder 8.
6. Lidt af perchloratet når ikke at reagere, og det kan ende i søer og grundvand. I kroppen forstyrrer perchlorat skjoldbruskkirtlen, fordi det tager pladsen fra de iodidioner, kirtlen skal bruge.

Opgave T1.4.7: Grønnere fyrværkeri

Brug tabellen under afsnittet Kan fyrværkeri blive grønnere? på siden T1.4.

1. Tabellen nævner brændsler med meget nitrogen, grøn farve fra forbindelser med bor og trykluft til at skyde bomberne op. Hvilket problem skal hver af de tre idéer løse?
2. Hvorfor giver et brændsel med meget nitrogen næsten ingen røg?
3. En kommune vil skifte sit nytårsfyrværkeri ud med et lysshow med droner. Skriv én fordel og én ulempe ved forslaget.
4. En fabrik vil bruge brændsler med meget nitrogen i stedet for trækul og svovl. Skriv én fordel og én ulempe ved forslaget.
5. Hvilket af de to forslag ville du selv vælge? Begrund dit svar.

TipHjælp 1

Svaret på spørgsmål a står i tabellen. Til spørgsmål c og d: Læs teksten under tabellen.

TipHjælp 2

Til spørgsmål b: Røg er partikler af fast stof. Hvad bliver det nye brændsel til?

Til spørgsmål c, d og e kan du begynde dine sætninger sådan:

• En fordel ved forslaget er, at …
• En ulempe er, at …
• Jeg ville vælge …, fordi … Ulempen er, at …

NoteFacit

1. Brændsler med meget nitrogen skal løse problemet med røg fra krudtet. Forbindelser med bor skal erstatte barium, som danner giftige forbindelser. Trykluft skal løse problemet med røg fra løfteladningen.
2. Brændslet bliver mest til nitrogengas. En gas giver ingen partikler. Sortkrudt ryger meget, fordi omkring 40 % af massen bliver til fast stof.
3. En fordel er, at droner hverken giver røg eller affald. En ulempe er, at der ikke er noget knald, og mange synes, at knaldet hører med.
4. En fordel er, at der næsten ikke kommer røg, så der kommer færre partikler i luften. Man kan også nøjes med mindre farvesalt. En ulempe er, at de nye brændsler er dyrere end trækul og svovl.
5. Der er ikke ét rigtigt svar. Et godt svar vælger ét forslag, begrunder valget med en fordel og nævner også ulempen. Et eksempel: Jeg ville vælge de nye brændsler, fordi fyrværkeriet stadig har farver og knald, men giver meget mindre røg. Ulempen er, at det bliver dyrere.